Question

如圖所示，光滑水平面上有一小車B，其右端固定一砂箱，砂箱的左側(cè)連接一水平輕彈簧，彈簧的另一端自由，小車和砂箱的總質(zhì)量為M；車上放有一物塊A，質(zhì)量也為M，物塊A隨小車以速度v₀向右勻速運(yùn)動(dòng)，物塊A與其左側(cè)平面的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，與車面其它部分的摩擦不計(jì)。在車勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，距砂面H高處有一質(zhì)量為m的泥球C自由下落，恰好落在砂箱中。

   （1）求小車在前進(jìn)的過程中彈簧彈性勢(shì)能的最大值；

   （2）為使物塊A不從小車上滑下，車面粗糙部分至少應(yīng)多長(zhǎng)？

Answer 1

（1）；（2）。

【解析】

（1）泥球C落入砂箱時(shí)，小車B與泥球C在水平方向動(dòng)量守恒，設(shè)共同速度為v₁，根據(jù)動(dòng)量守恒定律有：

Mv₀＝(M＋m) v₁                                                                                       

當(dāng)A、B、C三者取得共同速度時(shí)，彈性勢(shì)能最大，設(shè)三者的共同速度為v₂，根據(jù)動(dòng)量守恒定律有：

Mv₀＋(M＋m) v₁＝(2M＋m) v₂                                                                  

由泥球落入砂箱后至彈性勢(shì)能最大中間過程的能量守恒有：

                                              

解得：。                                                          

（2）彈簧再將物塊與小車彈開后，A與小車相對(duì)運(yùn)動(dòng)，為使A不從小車上滑落，臨界狀態(tài)為A滑到小車左端時(shí)取得共同速度，且共同速度與v₂相同。

設(shè)小車粗糙部分的最小長(zhǎng)度為L，由系統(tǒng)的能量守恒有：

E_Pm＝μMgL                                                                                              

解得：                                                            

【點(diǎn)評(píng)】動(dòng)量與能量是高中物理中的重點(diǎn)知識(shí)，也是高考每年必考的內(nèi)容。